نحوه اندازه گیری تلفات برق منبع تغذیه سوئیچینگ با اسیلوسکوپ دیجیتال
معماری جدید SMPS:Switch Mode PowerSupply) نیاز به ارائه جریان بالا و ولتاژ پایین به پردازندهها با سرعت داده بالا و کلاس گیگاهرتز دارد که از نظر کارایی، چگالی توان، قابلیت اطمینان و هزینه، فشار نامرئی جدیدی به طراحان دستگاههای برق میافزاید. به منظور در نظر گرفتن این الزامات در طراحی، طراحان معماری های جدیدی مانند فناوری یکسوسازی همزمان، تصحیح فیلتر برق فعال و افزایش فرکانس سوئیچینگ را اتخاذ کرده اند. این فناوریها همچنین چالشهای بالاتری مانند تلفات توان بالا، اتلاف حرارت و EMI/EMC بیش از حد در دستگاههای سوئیچینگ را به همراه دارند.
در هنگام انتقال از حالت "خاموش" (روشن) به "روشن" (خاموش)، دستگاه منبع تغذیه مصرف برق بالایی خواهد داشت. (البته تلفات برق دستگاه های سوئیچینگ در حالت «روشن» یا «خاموش» کمتر است، زیرا جریان عبوری از دستگاه یا ولتاژ روی دستگاه بسیار کم است). سلف ها و ترانسفورماتورها می توانند ولتاژ خروجی را جدا کرده و جریان بار را صاف کنند. سلف ها و ترانسفورماتورها نیز مستعد فرکانس سوئیچینگ هستند که منجر به اتلاف توان و خرابی های گاه به گاه به دلیل اشباع می شود.
از آنجایی که توان تلف شده در دستگاه منبع تغذیه سوئیچینگ، کارایی کلی اثر حرارتی منبع تغذیه را تعیین می کند، اندازه گیری تلفات برق دستگاه سوئیچینگ و سلف/ترانسفورماتور بسیار مهم است. این اندازه گیری می تواند بازده انرژی و اتلاف گرما را تعیین کند.
اندازه گیری و تجزیه و تحلیل افت توان
1. دستگاه تست مورد نیاز برای اندازه گیری تلفات برق
مدار ساده تبدیل سوئیچ. ترانزیستور توان افکت میدان ماسفت جریان را تحت تحریک ساعت 40 کیلوهرتز کنترل می کند. ماسفت به زمین فیدر AC یا زمین خروجی مدار متصل نیست، یعنی از زمین جدا شده است. بنابراین، اندازه گیری ولتاژ مرجع اتصال به زمین با اسیلوسکوپ غیرممکن است، زیرا اگر سیم اتصال به زمین پروب به هر ترمینال ماسفت متصل شود، نقطه از طریق اسیلوسکوپ با زمین اتصال کوتاه می کند.
در این مورد، اندازهگیری دیفرانسیل روش خوبی برای اندازهگیری شکل موج ولتاژ M0SFET است. با اندازه گیری دیفرانسیل می توانید VDS یعنی ولتاژ ترمینال تخلیه و ترمینال منبع ماسفت را اندازه گیری کنید. VDS می تواند بالاتر از ولتاژ شناور باشد و محدوده ولتاژ می تواند ده ها ولت تا صدها ولت باشد، بسته به محدوده ولتاژ دستگاه منبع تغذیه. شما می توانید VDS را به چند روش اندازه گیری کنید:
سیم زمین شاسی اسیلوسکوپ تعلیق. توصیه می شود از آن استفاده نکنید زیرا برای کاربر، دستگاه در حال آزمایش و اسیلوسکوپ به شدت مضر است.
از دو پروب غیرفعال تک سر معمولی برای اتصال سیم های زمین آنها به یکدیگر استفاده می شود و سپس از تابع محاسبه کانال اسیلوسکوپ برای اندازه گیری استفاده می شود. این روش اندازه گیری را اندازه گیری شبه دیفرانسیل می نامند. با این حال، اگرچه پروب غیرفعال را می توان در ترکیب با تقویت کننده یک اسیلوسکوپ استفاده کرد، اما فاقد عملکرد "نسبت رد حالت مشترک" (CMRR) است که می تواند به درستی هر ولتاژ حالت رایج را مسدود کند. این تنظیم نمی تواند به طور دقیق ولتاژ را اندازه گیری کند، اما می توان از پروب موجود استفاده کرد.
برای جداسازی شاسی اسیلوسکوپ از زمین از جداکننده پروب موجود در فروشگاه استفاده کنید. سیم اتصال به زمین پروب دیگر پتانسیل زمین اصلی نخواهد بود و پروب را می توان مستقیماً به نقطه آزمایش متصل کرد. ایزولاتور پروب یک راه حل موثر است، اما گران است و هزینه آن دو تا پنج برابر پروب دیفرانسیل است.
استفاده از پروب دیفرانسیل واقعی در اسیلوسکوپ پهن باند شما می توانید VDS را با پروب دیفرانسیل اندازه گیری کنید که این نیز روش خوبی است.
هنگام اندازه گیری جریان از طریق ماسفت، ابتدا پروب جریان را بست و سپس سیستم اندازه گیری را دقیق تنظیم کنید. بسیاری از کاوشگرهای دیفرانسیل مجهز به خازن های تعبیه شده داخلی DC offset هستند. تجهیزات تست شده را خاموش کنید و پس از گرم شدن کامل اسیلوسکوپ و پروب، می توانید مقدار متوسط شکل موج ولتاژ و جریان اندازه گیری شده توسط اسیلوسکوپ را تنظیم کنید. تنظیم حساسیت باید از مقادیر استفاده شده در اندازه گیری واقعی استفاده کند. در صورت عدم وجود سیگنال، خازن برش را تنظیم کنید تا میانگین صفر هر شکل موج روی 0 V تنظیم شود. این مرحله می تواند خطای اندازه گیری ناشی از ولتاژ و جریان ساکن در سیستم اندازه گیری را تا حد زیادی کاهش دهد.
